JPH1187136A - Magnetic levitation system - Google Patents
Magnetic levitation systemInfo
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- JPH1187136A JPH1187136A JP26092997A JP26092997A JPH1187136A JP H1187136 A JPH1187136 A JP H1187136A JP 26092997 A JP26092997 A JP 26092997A JP 26092997 A JP26092997 A JP 26092997A JP H1187136 A JPH1187136 A JP H1187136A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気浮上方式に係
り、特に電磁石の磁気吸引力を利用して磁性体を備えた
被浮上体を非接触で浮上保持する磁気浮上装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic levitation system, and more particularly, to a magnetic levitation apparatus that uses a magnetic attraction of an electromagnet to levitate and hold a floating body having a magnetic material in a non-contact manner.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、上述の磁気浮上装置が、磁気浮上
搬送装置、磁気軸受け、除振装置等に広く用いられてい
る。係る磁気浮上装置においては、電磁石が磁気吸引力
を被浮上体の磁性体に及ぼして、浮上体を目標浮上位置
に非接触で浮上保持する。その浮上保持の制御には、被
浮上体の浮上位置を検出する位置センサと、そのセンサ
の信号に基づいて電磁石の励磁電流を制御するコントロ
ーラとが一般的に用いられている。2. Description of the Related Art In recent years, the above-mentioned magnetic levitation device has been widely used for a magnetic levitation transfer device, a magnetic bearing, a vibration isolator and the like. In such a magnetic levitation device, the electromagnet exerts a magnetic attraction force on the magnetic body of the levitated body, and levitates and holds the levitated body at the target levitating position in a non-contact manner. For controlling the levitation holding, a position sensor for detecting the levitation position of the levitation object and a controller for controlling the excitation current of the electromagnet based on the signal of the sensor are generally used.
【0003】即ち、被浮上体の実際の浮上位置が位置セ
ンサで検出され、コントローラ内において目標浮上位置
と比較され、その差分が補償回路に入力され、補償回路
では前述の差分を小さくするような補償制御信号が出力
され、その制御信号に応じて励磁電流を電磁石の巻線に
供給することで、磁気吸引力の大きさを増減する。これ
により、被浮上体の浮上位置を目標位置に一致するよう
にフィードバック制御を行っている。That is, the actual floating position of the object to be levitated is detected by a position sensor, compared with a target floating position in the controller, and the difference is input to a compensation circuit. The compensation circuit reduces the difference. A compensation control signal is output, and the magnitude of the magnetic attraction force is increased or decreased by supplying an exciting current to the windings of the electromagnet in accordance with the control signal. Thus, the feedback control is performed so that the floating position of the floating object coincides with the target position.
【0004】ところが、このような従来の磁気浮上装置
に用いられる位置センサは、一般に高価な電子機器であ
り、このことが磁気浮上装置の高コスト化を招く原因の
一つとなっている。この対策として、位置センサを用い
ない、以下の方式が提案されている。However, the position sensor used in such a conventional magnetic levitation device is generally an expensive electronic device, and this is one of the causes of an increase in the cost of the magnetic levitation device. As a countermeasure, the following method without using a position sensor has been proposed.
【0005】(1)オブザーバー方式 電磁石の励磁電流を観測出力としてオブザーバを構成
し、推定した磁性体の位置情報を、電圧振幅可変の直流
電源にフィードバックすることにより安定な磁気浮上を
達成する。 (2)信号重畳方式 電圧振幅可変の直流電源で電磁石を励磁する際に、電圧
制御指令信号に高周波の信号を重畳し、その結果生じる
励磁電流の高周波成分から磁性体の位置を推定する。(1) Observer method An observer is formed by using an exciting current of an electromagnet as an observation output, and the estimated position information of the magnetic body is fed back to a DC power supply of variable voltage amplitude to achieve stable magnetic levitation. (2) Signal superposition method When exciting an electromagnet with a DC power supply having a variable voltage amplitude, a high-frequency signal is superimposed on a voltage control command signal, and the position of the magnetic body is estimated from a high-frequency component of the resulting excitation current.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
両方式は、いずれも磁性体の位置を推定することを前提
としており、そのための電子機器やコントローラは依然
として必要であり、位置センサを除去することによる低
コストのメリットは半減する。However, both of the above-mentioned methods are based on the premise that the position of the magnetic material is estimated, and electronic equipment and a controller therefor are still required. The low cost benefits of halving are reduced.
【0007】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、浮上位置を推定することなく安定な磁気浮上を
達成し、位置センサのみならずコントローラをも不要と
することができる磁気浮上方式を提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and achieves a stable magnetic levitation without estimating a levitation position, and can eliminate the need for a controller as well as a position sensor. The purpose is to provide.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の磁気浮上方式
は、電圧振幅が可変の交流電源を用いて電磁石を励磁
し、電磁石に印加される電圧を制御することにより、前
記電磁石の磁気吸引力を調整して、該磁気吸引力を及ぼ
す磁性体を備えた被浮上体を一定位置に浮上させること
を特徴とする。According to the magnetic levitation system of the present invention, an electromagnet is excited by using an AC power supply having a variable voltage amplitude, and the voltage applied to the electromagnet is controlled to thereby control the magnetic attraction of the electromagnet. Is adjusted so that the levitated body provided with the magnetic material exerting the magnetic attractive force is levitated to a predetermined position.
【0009】また、前記交流電源が、その負荷側の電圧
と電流の変化を検出し、該検出された変化に基づいて前
記交流電源の前記電圧振幅を変化させることで、前記電
磁石の励磁電流を調整し、一定位置に前記磁性体を備え
た被浮上体を保持することを特徴とする。Further, the AC power supply detects a change in voltage and current on the load side, and changes the voltage amplitude of the AC power supply based on the detected change, thereby reducing the exciting current of the electromagnet. It is characterized in that it is adjusted and a floating body having the magnetic body is held at a fixed position.
【0010】上述した本発明によれば、電圧可変振幅の
交流電源を用い、電磁石の巻線に供給する励磁電流の周
波数を或る程度高くすることで、直流的な磁気吸引力を
被浮上体の磁性体に及ぼすことができる。そして、交流
電源の供給電圧を可変とすることで、磁気吸引力の大き
さを可変とすることができる。これにより、電圧可変振
幅の交流電源からみた負荷側の電圧及び電流の変化を検
出して、この変化分をゼロとするようにフィードバック
制御する事で、磁性体を備えた被浮上体を一定位置に安
定に浮上保持することができる。According to the present invention described above, the DC magnetic attractive force is increased by using an AC power supply of variable voltage amplitude and increasing the frequency of the exciting current supplied to the windings of the electromagnet to a certain extent. Of the magnetic material. Then, by making the supply voltage of the AC power supply variable, the magnitude of the magnetic attraction force can be made variable. Thus, by detecting a change in the voltage and current on the load side as viewed from the AC power supply having a variable voltage amplitude, feedback control is performed such that the change is reduced to zero. It is possible to stably hold and float.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の磁気浮上方式の
一実施形態を示す。被浮上体を浮上保持する電磁石1
は、インピーダンス変換器の役割を果たすトランス2を
介して電圧振幅可変の交流電源3で、その巻線1aに励
磁電流が供給されることで励磁される。被浮上体は、電
磁石1の磁極から磁気吸引力が及ぶ磁性体4を備えてい
る。電磁石1の磁気吸引力は、励磁電流の2乗に比例す
るので交流電源3の周波数の2倍の周波数の交流成分と
直流成分が含まれる。従って、交流電源3の周波数を商
用周波数の10〜20倍に設定すると、電磁石1の磁気
吸引力の直流成分が磁性体4に作用する重力と釣りあ
い、かつ交流成分が磁性体4の慣性の効果により無視で
きる状態を実現できる。即ち、電圧振幅可変の交流電源
3で電磁石1を励磁し、電磁石の磁気吸引力の交流成分
が磁性体の運動に影響を及ぼさない程度に電源周波数を
十分高く設定することで、その磁気吸引力の直流成分に
よる浮上保持を可能にする。FIG. 1 shows an embodiment of a magnetic levitation system according to the present invention. Electromagnet 1 for levitating and holding a floating object
Is an AC power supply 3 having a variable voltage amplitude via a transformer 2 serving as an impedance converter, and is excited by supplying an exciting current to its winding 1a. The levitated body includes a magnetic body 4 to which a magnetic attraction force is applied from the magnetic poles of the electromagnet 1. Since the magnetic attraction force of the electromagnet 1 is proportional to the square of the exciting current, an AC component and a DC component having a frequency twice as high as the frequency of the AC power supply 3 are included. Therefore, when the frequency of the AC power supply 3 is set to be 10 to 20 times the commercial frequency, the DC component of the magnetic attraction of the electromagnet 1 balances the gravity acting on the magnetic body 4 and the AC component reduces the inertia of the magnetic body 4. A negligible state can be realized by the effect. That is, the electromagnet 1 is excited by the AC power source 3 having a variable voltage amplitude, and the power supply frequency is set sufficiently high so that the AC component of the magnetic attraction force of the electromagnet does not affect the motion of the magnetic body. Levitation holding by the DC component.
【0012】図2は、図1の交流電源3の回路構成の一
例である。電圧振幅可変の交流電源3は、正弦波発振器
3aと、正弦波発振器による基準信号を所定の電圧振幅
に増幅する電力振幅器5と、負荷の電圧と電流の変化を
検出する回路と、検出された変化をフィードバックする
信号増幅器11とから主に構成される。即ち、基本的に
は差動帰還型電力増幅器と発振器とから、駆動回路が構
成されている。FIG. 2 is an example of a circuit configuration of the AC power supply 3 of FIG. The variable voltage amplitude AC power supply 3 includes a sine wave oscillator 3a, a power amplitude unit 5 for amplifying a reference signal from the sine wave oscillator to a predetermined voltage amplitude, and a circuit for detecting changes in load voltage and current. And a signal amplifier 11 for feeding back the change. That is, a drive circuit is basically composed of the differential feedback power amplifier and the oscillator.
【0013】この回路には商用周波数の10〜20倍の
周波数の正弦波発振器3aにより基準信号がその入力端
子から入力される。基準信号は電力増幅器5により増幅
されて出力され、負荷であるトランス2を介して電磁石
1の巻線1aに基準励磁電流を供給する。基準励磁電流
は磁性体4を備えた被浮上体を基準の位置に保つのに必
要な直流的な磁気吸引力を発生させる。A reference signal is input to this circuit from its input terminal by a sine wave oscillator 3a having a frequency of 10 to 20 times the commercial frequency. The reference signal is amplified and output by the power amplifier 5, and supplies a reference exciting current to the winding 1a of the electromagnet 1 via the transformer 2 as a load. The reference excitation current generates a DC magnetic attraction necessary to keep the levitated body provided with the magnetic body 4 at the reference position.
【0014】この電流は端子O1からトランス2の一次
側に流れ、更に電源回路に戻り出力端子O2から抵抗7
を介して接地線に流れる。従って出力端子O1と接地線
との間に接続された分圧抵抗6からは、この抵抗値が負
荷側に対して十分に高い場合には、出力端子O1の電圧
信号、即ち負荷の電圧信号を取り出すことができる。一
方で出力端子O2と接地線との間に接続された抵抗7
は、この抵抗値が負荷側に対して十分に低い場合には、
基準励磁電流の電流信号、即ち負荷の電流信号を取り出
すことができる。This current flows from the terminal O 1 to the primary side of the transformer 2, returns to the power supply circuit, and connects the output terminal O 2 to the resistor 7.
Through to the ground line. Thus from the voltage dividing resistors 6 connected between the output terminal O 1 and the ground line, when the resistance value is sufficiently higher than the load, the voltage signal at the output terminal O 1, i.e. the load voltage The signal can be extracted. On the other hand, the resistor 7 connected between the output terminal O 2 and the ground line
Is, if this resistance value is low enough for the load side,
A current signal of the reference excitation current, that is, a current signal of the load can be extracted.
【0015】抵抗6の分割点で検出された電圧信号と、
抵抗7の電流信号は磁性体が基準位置からずれた場合
に、それらの振幅の差が発生するように信号増幅器9と
位相器8,10で処理される。即ち、電圧検出信号と電
流検出信号の振幅と位相は位相器8、信号増幅器9およ
び位相器10により、磁性体4が基準位置にあるときに
一致するように、即ち加算器11aの加算結果が0とな
るように、あらかじめ調整されている。従って、磁性体
4が基準位置にあるときには、信号増幅器11の出力は
ゼロである。一方、磁性体4が基準位置からずれたとき
には、電磁石1のインピーダンスが変化するため、電圧
検出信号と電流検出信号のバランスが崩れ、信号増幅器
11の出力には差信号が発生する。A voltage signal detected at a dividing point of the resistor 6;
The current signal of the resistor 7 is processed by the signal amplifier 9 and the phase shifters 8 and 10 so as to generate a difference between their amplitudes when the magnetic body is shifted from the reference position. That is, the amplitude and the phase of the voltage detection signal and the current detection signal are matched by the phase shifter 8, the signal amplifier 9 and the phase shifter 10 so that the magnetic body 4 is at the reference position, that is, the addition result of the adder 11a is obtained. It is adjusted in advance to be 0. Therefore, when the magnetic body 4 is at the reference position, the output of the signal amplifier 11 is zero. On the other hand, when the magnetic body 4 deviates from the reference position, the impedance of the electromagnet 1 changes, so that the balance between the voltage detection signal and the current detection signal is lost, and a difference signal is generated at the output of the signal amplifier 11.
【0016】この差信号は位相器12および帯域通過フ
ィルタ13によりフィードバック補正信号に変換され、
基準信号と共に電流増幅器5の入力側の加算器5aに入
力される。即ち、負荷電圧と負荷電流が共に変化したと
きには、磁性体4を基準位置に戻そうとする電磁石1の
磁気吸引力の変動を生み出す。このようなフィードバッ
ク補正の強弱は信号増幅器11の利得で決定される。ま
た、このような差信号に対する増幅、位相調整およびフ
ィルタリングは、磁性体を元の基準位置に戻す復元力だ
けでなく、磁性体の位置変動を抑制するダンピング効果
も生み出す。その結果、差動帰還型電力増幅器を用いた
可変振幅電圧の交流電源のみで安定な磁気浮上を達成す
ることが可能となる。This difference signal is converted into a feedback correction signal by the phase shifter 12 and the band-pass filter 13,
The signal is input to the adder 5a on the input side of the current amplifier 5 together with the reference signal. That is, when both the load voltage and the load current change, a change in the magnetic attraction force of the electromagnet 1 for returning the magnetic body 4 to the reference position is generated. The strength of such feedback correction is determined by the gain of the signal amplifier 11. In addition, such amplification, phase adjustment, and filtering of the difference signal produces not only a restoring force for returning the magnetic body to the original reference position, but also a damping effect for suppressing a position change of the magnetic body. As a result, stable magnetic levitation can be achieved with only a variable amplitude voltage AC power supply using a differential feedback power amplifier.
【0017】また、その補正動作におけるダンピング特
性は位相器12の位相−周波数特性に左右される。さら
に、このような差動のフィードバック系の安定性は帯域
通過フィルタ13の利得−周波数特性に依存する。従っ
て、これらの回路素子の電気的特性を適切に調整するこ
とにより、より安定で強固な磁気浮上システムを構築で
きる。Further, the damping characteristic in the correction operation depends on the phase-frequency characteristic of the phase shifter 12. Further, the stability of such a differential feedback system depends on the gain-frequency characteristics of the band-pass filter 13. Therefore, a more stable and robust magnetic levitation system can be constructed by appropriately adjusting the electrical characteristics of these circuit elements.
【0018】また、この電源に用いられる信号増幅器、
位相器、帯域通過フィルタおよび電力増幅器は、全て汎
用の演算増幅器で実現できるため、磁気浮上装置の低コ
スト化を更に促進できる。Further, a signal amplifier used for the power supply,
Since the phase shifter, band-pass filter, and power amplifier can all be realized by general-purpose operational amplifiers, cost reduction of the magnetic levitation device can be further promoted.
【0019】尚、上記実施形態で示した可変振幅電圧の
電源回路は、一構成例を示すもので、本発明の趣旨を逸
脱することなく、種々の変形実施例が可能であることは
勿論である。It should be noted that the power supply circuit of variable amplitude voltage shown in the above-described embodiment shows only one configuration example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. is there.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の磁気浮
上方式によれば、位置センサのみならずコントローラも
使用せず、電圧振幅可変の交流電源だけで磁気吸引力を
利用した磁気浮上システムを構築できる。このため、磁
気浮上技術を必要とする分野でより安価な磁気浮上装置
を提供できる。As described above, according to the magnetic levitation system of the present invention, a magnetic levitation system using a magnetic attraction force only with an AC power supply having a variable voltage amplitude without using a controller as well as a position sensor. Can be constructed. For this reason, a magnetic levitation device that is less expensive in a field requiring magnetic levitation technology can be provided.
【図1】本発明の磁気浮上装置の一実施形態の説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of a magnetic levitation device of the present invention.
【図2】図1における交流電源回路の一実施形態の回路
図。FIG. 2 is a circuit diagram of an embodiment of the AC power supply circuit in FIG. 1;
1 電磁石 2 インピーダンス変換用トランス 3 振幅可変の交流電源 4 磁性体 5 差動入力型電流増幅器 6 電圧検出用抵抗 7 電流検出用抵抗 8,10,12 位相器 9 信号増幅器 11 差動入力型信号増幅器 13 帯域通過フィルタ REFERENCE SIGNS LIST 1 electromagnet 2 impedance conversion transformer 3 variable amplitude AC power supply 4 magnetic material 5 differential input type current amplifier 6 voltage detection resistor 7 current detection resistor 8, 10, 12 phaser 9 signal amplifier 11 differential input type signal amplifier 13 Bandpass filter
Claims (2)
石を励磁し、該電磁石に印加される電圧を制御すること
により、前記電磁石の磁気吸引力を調整して、該磁気吸
引力を及ぼす磁性体を備えた被浮上体を一定位置に浮上
させることを特徴とする磁気浮上方式。An electromagnet is excited by using an AC power supply having a variable voltage amplitude, and a voltage applied to the electromagnet is controlled to adjust a magnetic attraction force of the electromagnet to exert the magnetic attraction force. A magnetic levitation method characterized in that a levitated body having a magnetic body is levitated to a fixed position.
流の変化を検出し、該検出された変化に基づいて前記交
流電源の前記電圧振幅を変化させることで、前記電磁石
の励磁電流を調整し、一定位置に前記磁性体を備えた被
浮上体を保持することを特徴とする請求項1記載の磁気
浮上方式。2. The AC power supply detects a change in voltage and current on the load side, and changes the voltage amplitude of the AC power supply based on the detected change, thereby reducing the excitation current of the electromagnet. 2. The magnetic levitation system according to claim 1, wherein the levitation body is adjusted and held at a fixed position.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26092997A JPH1187136A (en) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | Magnetic levitation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26092997A JPH1187136A (en) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | Magnetic levitation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1187136A true JPH1187136A (en) | 1999-03-30 |
Family
ID=17354738
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26092997A Pending JPH1187136A (en) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | Magnetic levitation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1187136A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007228686A (en) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Toshiba Elevator Co Ltd | Magnetic levitation device |
JP2007259521A (en) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Toshiba Elevator Co Ltd | Magnetically floating apparatus |
-
1997
- 1997-09-09 JP JP26092997A patent/JPH1187136A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2007099849A1 (en) * | 2006-02-22 | 2007-09-07 | Toshiba Elevator Kabushiki Kaisha | Mag-lev device |
JP4499673B2 (en) * | 2006-02-22 | 2010-07-07 | 東芝エレベータ株式会社 | Magnetic levitation device |
JP2007259521A (en) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Toshiba Elevator Co Ltd | Magnetically floating apparatus |
WO2007119315A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-10-25 | Toshiba Elevator Kabushiki Kaisha | Magnetic suspension device |
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